文档介绍：第 30 卷
第 5 期地
理
研
究 V o l
30, N o
5
2011 年 5 月 GEOGRAPH ICAL
RESEARCH M ay , 2011
基于多重网格求解的土壤属性
高精度曲面建模
史文娇, 杜正平, 宋印军, 岳天祥
( 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101)
摘要: 高精度曲面建模( HA SM ) 是近几年发展起来的可用于地理信息系统和生态建模的一
种较高精度的曲面建模方法。本研究选择南方红壤丘陵区江西省吉安市辖区、吉安县和泰和
县为研究区, 采集 150 个表层土壤( 0~ 20cm) 样品, 分别随机选取 60、90 和 120 个点作为
模拟数据集, 90、60 和 30 个点作为验证数据集, 基于多重网格( M G) 作为土壤属性高精度
曲面建模的求解方法( H ASM
M G ) , 比较 H A SM
M G、 Krig ing、ID W 和 Spline 四种方法的
插值精度, 检验 H ASM
M G 在土壤 pH 的插值效果, 并分析土壤 pH 在典型南方红壤丘陵区
的空间分异规律。结果表明: HA SM
M G 的模拟结果与测定值最为接近; 与其他三种方法相
比, 其模拟结果在三组数据集中均具有最小的平均绝对误差、均方根误差和与测定值之间最
高的相关系数; 研究区水稻土分布较多的中部和东南部地区的土壤 pH 明显高于红壤分布较
多的地区。多重网格求解的高精度曲面建模( H ASM
M G) 在提高了求解速度的前提下, 保
证了土壤属性的插值精度, 将土壤属性的高精度曲面建模向实用性方面向前推进了一步。
关键词: 土壤 pH ; H ASM
M G; 插值精度; 南方红壤丘陵区
文章编号: 1000
0585( 2011) 05
0861
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引言
土壤的空间变异将显著影响农业和环境管理[ 1] , 研究土壤属性的空间分异特征, 既可
在宏观和整体上把握分布规律, 又可对感兴趣区进行微观和局部的深入分析, 因此, 数字
化土壤制图对于农业和环境管理至关重要[ 2] 。精准农业的实施和土壤环境的管理迫切需要
对土壤属性的空间异质性进行准确模拟, 而科学、有效的区域环境政策的制定必然依赖于
大量区域范围数据的获取和高精度的空间插值, 这些在很大程度上提高了对土壤属性插值
精度的要求。因此, 研究高精度的土壤属性曲面建模方法十分必要[ 1, 2] 。
传统的土壤属性插值方法主要有 Kriging[ 3~ 6] 、IDW[ 7] [ 和 Spline[ 8] 。Kriging 在理论上
提供了最好的线性无偏估计、准确的数据空间结构以及估计误差分布[ 5, 6] , 但它基于二阶
平稳假设, 并采用单一的半方差函数描述土壤属性的空间变异, 不符合实际情况。IDW
插值假设每个输入点对局部的影响随距离增大而逐渐消失[ 7] , 无需对数据另作其他假
设[ 6] 。虽操作简单, 但不具备 Krig ing 方法在统计上的一些优点。Spline 的原理是将零散
收稿日期: 2010
04
29; 修订日期: 2010
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基金项目: 自然科学基金青年科学基